Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Новый метод наложения швов теноррафи с тканевым коллагеновым трансплантатом для восстановления больших дефектов сухожилий

2.6K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/57696

⸱

10 декабря 2021 г.

 ,  , 
1Division of Surgery and Interventional Science, University College London, 2Blond McIndoe Laboratories, Division of Cell Matrix and Regenerative Medicine, MAHSC, University of Manchester, 3Department of Surgical Research, Northwick Park Institute for Medical Research, Northwick Park Hospital

В этой статье

Краткое содержание

В этой статье мы представляем протокол in vitro и in situ для восстановления сухожильного промежутка до 1,5 см путем заполнения его инженерным коллагеновым трансплантатом. Это было выполнено путем разработки модифицированной техники шва для принятия механической нагрузки до тех пор, пока трансплантат не созреет в ткани хозяина.

Аннотация

Хирургическое лечение больших дефектов сухожилий с помощью сухожильных трансплантатов является сложной задачей, поскольку существует конечное количество участков, где доноры могут быть легко идентифицированы и использованы. В настоящее время этот пробел заполняется сухожильными ауто-, алло-, ксено- или искусственными трансплантатами, но клинические методы их защиты не обязательно переводятся на животных из-за масштаба. Чтобы оценить новые биоматериалы или изучить сухожильный трансплантат, состоящий из коллагена типа 1, мы разработали модифицированную технику шва, чтобы помочь поддерживать спроектированное сухожилие в выравнивании с концами сухожилий. Механические свойства этих трансплантатов уступают нативному сухожилию. Для включения инженерного сухожилия в клинически значимые модели восстановления нагрузки была принята стратегия разгрузки тканевого сухожильного трансплантата и обеспечения созревания и интеграции инженерного сухожилия in vivo до тех пор, пока не будет сформирован механически здоровый неотендон. Мы описываем эту технику, используя включение коллагенового типа 1 тканевой конструкции сухожилия.

Введение

Разрыв сухожилия может произойти из-за внешних факторов, таких как травматические рваные раны или чрезмерная нагрузка на сухожилие. Из-за внешних сил растяжения, приложенных к восстановлению сухожилий, неизбежно образуется зазор при большинстве методов восстановления сухожилий. В настоящее время дефекты сухожилий/промежутки заполняются ауто-, алло-, ксено- или искусственными трансплантатами, но их доступность конечна, а донорский участок является источником заболеваемости.

Тканеинженерный подход к изготовлению сухожильного трансплантата из природного полимера, такого как коллаген, имеет отличительное преимущество в том, что он биосовместим и может обеспечить жизненно важные компоненты внеклеточного матрикса (ECM), которые облегчают интеграцию клеток. Однако из-за отсутствия фибриллярного выравнивания механические свойства инженерного сухожилия (ET) уступают нативному сухожилию. Для повышения механических свойств более слабого коллагена использовались многие методы, такие как физическое сшивание под вакуумом, УФ-излучение и дегидротермические обработки1. Также за счет химического сшивания с рибофлавином ферментативным и неферментативным методами повышается плотность коллагена и модуль Юнга коллагена in vitro2,3. Однако при добавлении сшивающих агентов биосовместимость коллагена ставится под угрозу, так как исследования показали 33% изменение механических свойств и 40% потерю жизнеспособности клеток3,4,5. Постепенное накопление выравнивания и механической прочности может быть получено за счет циклической нагрузки6; однако это может быть эффективно приобретено in vivo7.

Для того, чтобы ET интегрировался in vivo и приобрел прочность без необходимости химического изменения, одним из подходов было бы использование стабилизирующей шовной техники для удержания более слабой конструкции на месте. Большинство ремонтов сухожилий полагаются на конструкцию шва, чтобы удерживать концы сухожилий вместе; следовательно, модификация этих существующих методов могла бы обеспечить логическое решение8,9.

До 1980-х годов широко использовались 2-прядные ремонты, но в недавней хирургической литературе описывается использование 4 прядей, 6 прядей или даже 8 прядей в ремонте10,11. В 1985 году Сэвидж описал методы 6-прядного шва с 6 точками крепления, и он был значительно сильнее, чем метод шва Баннелла, который использует 4 пряди 12. Кроме того, 8-прядный ремонт на 43% прочнее, чем другие пряди в моделях cadaver и in situ, но этот ремонт не широко практикуется, так как становится технически трудно точно воспроизвести ремонт13,14,15,16. Поэтому большее количество стержневых нитей шва связано с пропорциональным увеличением биомеханических свойств восстановленного сухожилия. Тем не менее, происходит потеря жизнеспособности клеток вокруг точек шва, и травма от чрезмерного наложения швов может быть в ущерб сухожилию, что может поставить под угрозу заживление сухожилия17. Шовные методы должны обеспечивать сильное геометрическое восстановление, которое является сбалансированным и относительно неэластичным, чтобы свести к минимуму разрыв сухожилия после ремонта. Кроме того, расположение шва и его узлов должно быть стратегически размещено, чтобы они не мешали скольжению, кровоснабжению и заживлению до тех пор, пока не будет получено достаточное количество прочности10,18.

Чтобы установить возможность обеспечения более слабого трансплантата ET или другого материала трансплантата между разорванным сухожилием, мы разработали новую технику шва, которая может разгрузить трансплантат, чтобы он мог созревать и постепенно интегрироваться в ткань хозяина in vivo.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

ПРИМЕЧАНИЕ: Дизайн эксперимента и этическое одобрение были получены от Институционального наблюдательного совета UCL (IRB). Все эксперименты проводились в соответствии с постановлением Министерства внутренних дел и руководящими принципами Закона о животных (научная процедура) 1986 года с пересмотренным законодательством Европейской директивы 2010/63 / ЕС (2013). Кролики периодически осматривались названным ветеринарным хирургом (NVS) и два раза в день названным сотрудником по уходу за животными и благополучию (NACWO) (в соответствии с руководящими принципами и правилами Министерства внутренних дел). Они не проявляли никаких признаков боли, пока их не усыпили.

1. Подготовка тканеинженерного сухожильного (ET) трансплантата

  1. Для изготовления гидрогеля коллагена добавьте 4 мл мономерного коллагена типа 1 крысиного хвоста (2,15 мг/мл в 0,6% уксусной кислоты с 0,2% мас./об.общего белка) и 500 мкл 10x Минимальной необходимой среды. Нейтрализуйте это, титруя против гидроксида натрия 5 M и 1 M и добавьте 500 мкл модифицированной среды Dulbecco Eagle Medium (DMEM).
  2. Налейте 5 мл этого раствора в специально построенную прямоугольную металлическую форму (33 мм × 22 мм × 10 мм, вес 120 г)(рисунок 1). Храните форму в инкубаторе CO2 при 37 °C и 5% CO2 в течение 15 минут, чтобы обеспечить сборку матрицы19.

2. Изготовление трансплантата

  1. После полимеризации извлекают гидрогель коллагена из формы и помещают в стандартный пластиковый компрессионный узел(Рисунок 2А)19.
  2. Поместите коллагеновый гидрогель между двумя листами нейлоновой сетки по 50 мкм и приложите статическую нагрузку 120 г (общая площадь поверхности7,4 см2,что является давлением, эквивалентным 1,6 кПа) в течение 5 минут для удаления интерстициальной жидкости из гидрогеля(рисунок 2А). Используйте четыре слоя фильтровальной бумаги для поглощения сбрасываемой жидкости из гидрогелей.
  3. Используйте четыре слоя спрессованных гелей, свернутых друг на друга(рисунок 2B)и разрезанных на сегменты по 15 мм(рисунок 2C),чтобы изготовить ET.
    ПРИМЕЧАНИЕ: В экспериментах использовались белые самцы новозеландских кроликов в возрасте 16 - 25 недель.
  4. Седативные животные с внутримышечной (i.m.) дозой Гипнорма (0,3 мг/мл) и усыпляют путем введения передозировки пентобарбитона.
  5. Сразу после эвтаназии подстригите волосы на обеих задних лапах. Затем с помощью хирургического лезвия размером 20 сделайте разрез 9 см вокруг нижней большеберцовой области, чтобы обнажить заднее сухожилие большеберцовой кости (TP).
  6. С помощью хирургического лезвия того же размера иссекайте лапинные сухожилия TP средней длиной 70 мм и сохраняйте влажность в PBS во время экспериментального процесса, чтобы избежать высыхания.

3. Разработал новую технику теноррафии

ПРИМЕЧАНИЕ: Швы (см. Таблицу материалов)являются нерассасывающимися и изготовлены из изотаксического кристаллического стереоизомера полипропилена, который представляет собой синтетический линейный полиолефин. Основные взаимосвязанные швы в основном состояли из 3-0, а периферические швы были 6-0. Это были два основных шва, используемых во всех экспериментах.

  1. Хирургическим лезвием отрежьте сухожилие ТП в средней точке. Вырежьте 15-миллиметровый сегмент сухожилия из середины сухожилия и замените его коллагеновым трансплантатом ET(рисунок 2D). Заблокируйте шов 3-0 проксимально от родных сухожильных концов(рисунок 3A).
  2. Пройдите 3-0 стержневых швов по всей длине трансплантата и сцепитесь дистально от разрезанного конца.
  3. Закрепите оба конца ET к нативному сухожилию с помощью 6-0 и непрерывных бегущих швов по периферии путем соединения двух концов сухожилия(рисунок 3B). Это делается для того, чтобы трансплантат можно было легко перемещать на шов, накладывая напряжение на родное сухожилие20.
  4. После закрепления шва, как описано выше, вручную убедитесь, что натяжение на швах является уместным и что нет вялости во всем шве.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Мы использовали коллагеновые трансплантаты, изготовленные из коллагена I типа, так как это преобладающий белок, обнаруженный в сухожилии. Он составляет почти 95% от общего количества коллагена в сухожилии; следовательно, коллаген обладает всеми идеальными свойствами для имитации сухожилия in vivo21,22.

В этом исследовании использованный коллаген типа I был извле...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

В этом исследовании тканевые коллагеновые трансплантаты типа I были выбраны в качестве сухожильного трансплантата, потому что коллаген является природным полимером и используется в качестве биоматериала для различных применений тканевой инженерии27,28. Также коллаген составляет 60% сухой массы сухожилия, из которых 95% составляет коллаген 1 типа 21,29,30,...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить UCL за финансирование этого проекта.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Крысиный хвост тип 1 Коллаген First Link, Бирмингем, Великобритания60-30-810
проленовые шовные нити 6-0Ethicon Ltd, Эдинбург, Великобритания
проленовые шовные нити 3-0Ethicon Ltd, Эдинбург, ВеликобританияD8911
Ватман фильтровальная бумагаSIGMA-ALDRICH 
Gibco  DMEM, с высоким содержанием глюкозыThermo Fisher Scientific 
Нейлоновая сетка ООО "Пласток (Сетки и фильтрация")NA
EP8726HWHA1001015511574486

Ссылки

  1. Wollensak, G., Spoerl, E., Seiler, T. Riboflavin/ultraviolet-a-induced collagen crosslinking for the treatment of keratoconus. American Journal of Ophthalmology. 135, 620-627 (2003).
  2. Tanzer, M. L. Cross-Linking of Collagen. Science. 180, 561-566 (1973).
  3. Reiser, K., McCormick, R. J., Rucker, R. B. Enzymatic and nonenzymatic cross-linking of collagen and elastin. FASEB Journal. 6, 2439-2449 (1992).
  4. Kanungo, B. P., Gibson, L. J. Density-property relationships in collagen-glycosaminoglycan scaffolds. Acta Biomaterialia. 6, 344-353 (2010).
  5. Weadock, K. S., Miller, E. J., Bellincampi, L. D., Zawadsky, J. P., Dunn, M. G. Physical crosslinking of collagen fibers: comparison of ultraviolet irradiation and dehydrothermal treatment. Journal of Biomedical Materials Research. 29, 1373-1379 (1995).
  6. Kalson, N. S., et al. Slow Stretching That Mimics Embryonic Growth Rate Stimulates Structural and Mechanical Development of Tendon-Like Tissue In Vitro. Developmental Dynamics. 240, 2520-2528 (2011).
  7. Torigoe, K., et al. Mechanisms of collagen fibril alignment in tendon injury: from tendon regeneration to artificial tendon. Journal of Orthopaedic Research. 29, 1944-1950 (2011).
  8. Ketchum, L. D. Suture materials and suture techniques used in tendon repair. Hand Clinics. 1, 43-53 (1985).
  9. Lawrence, T. M., Davis, T. R. A biomechanical analysis of suture materials and their influence on a four-strand flexor tendon repair. The Journal of Hand Surgery. 30, 836-841 (2005).
  10. Strickland, J. W. Development of flexor tendon surgery: Twenty-five years of progress. The Journal of Hand Surgery. 25, 214-235 (2000).
  11. Moriya, K., et al. Clinical outcomes of early active mobilization following flexor tendon repair using the six-strand technique: short- and long-term evaluations. The Journal of Hand Surgery, European volume. , (2014).
  12. Savage, R. In vitro studies of a new method of flexor tendon repair. Journal of Hand Surgery. 10, 135-141 (1985).
  13. Uslu, M., et al. Flexor tendons repair: effect of core sutures caliber with increased number of suture strands and peripheral sutures. A sheep model. Orthopaedics & Traumatology: Surgery & Research : OTSR. 100, 611-616 (2014).
  14. Osei, D. A., et al. The Effect of Suture Caliber and Number of Core Suture Strands on Zone II Flexor Tendon Repair: A Study in Human Cadavers. Journal of Hand Surgery. 39, 262-268 (2013).
  15. Dovan, T. T., Ditsios, K. T., Boyer, M. I. Eight-strand core suture technique for repair of intrasynovial flexor tendon lacerations. Techniques in Hand & Upper Extremity Surgery. 7, 70-74 (2003).
  16. Silva, M. J., et al. The effects of multiple-strand suture techniques on the tensile properties of repair of the flexor digitorum profundus tendon to bone. The Journal of Bone and Joint surgery. 80, American Volume 1507-1514 (1998).
  17. Wong, J. K., Alyouha, S., Kadler, K. E., Ferguson, M. W., McGrouther, D. A. The cell biology of suturing tendons. Matrix Biology. 29, 525-536 (2010).
  18. Strickland, J. W. Flexor Tendon Injuries: II. Operative Technique. The Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgeons. 3, 55-62 (1995).
  19. Brown, R. A., Wiseman, M., Chuo, C. B., Cheema, U., Nazhat, S. N. Ultrarapid Engineering of Biomimetic Materials and Tissues: Fabrication of Nano- and Microstructures by Plastic Compression. Advanced Functional Materials. 15, 1762-1770 (2005).
  20. Sawadkar, P., Alexander, S., Mudera, V. Tissue-engineered collagen grafts to treat large tendon defects. Regenerative Medicine. 9, 249-251 (2014).
  21. Evans, J. H., Barbenel, J. C. Structural and mechanical properties of tendon related to function. Equine veterinary journal. 7, 1-8 (1975).
  22. Riley, G. P., et al. Glycosaminoglycans of human rotator cuff tendons: changes with age and in chronic rotator cuff tendinitis. Annals of the Rheumatic Diseases. 53, 367-376 (1994).
  23. Bell, E., Ivarsson, B., Merrill, C. Production of a tissue-like structure by contraction of collagen lattices by human fibroblasts of different proliferative potential in vitro. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 76, 1274-1278 (1979).
  24. Kim, H. M., et al. Technical and biological modifications for enhanced flexor tendon repair. The Journal of Hand Surgery. 35, 1031-1038 (2010).
  25. Kim, J. B., de Wit, T., Hovius, S. E., McGrouther, D. A., Walbeehm, E. T. What is the significance of tendon suture purchase. The Journal of Hand Surgery, European Volume. 34, 497-502 (2009).
  26. Sawadkar, P., et al. Development of a surgically optimized graft insertion suture technique to accommodate a tissue-engineered tendon in vivo. BioResearch Open Access. 2, 327-335 (2013).
  27. Hadjipanayi, E., et al. Mechanisms of structure generation during plastic compression of nanofibrillar collagen hydrogel scaffolds: towards engineering of collagen. Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine. 5, 505-519 (2011).
  28. Micol, L. A., et al. High-density collagen gel tubes as a matrix for primary human bladder smooth muscle cells. Biomaterials. 32, 1543-1548 (2011).
  29. Lian Cen, L., Liu, W., Cui, L., Zhang, W., Cao, Y. Collagen Tissue Engineering: Development of Novel Biomaterials and applications. Pediatric Research. 63, 492-496 (2008).
  30. Harris, M. T., et al. Mesenchymal stem cells used for rabbit tendon repair can form ectopic bone and express alkaline phosphatase activity in constructs. Journal of Orthopaedic Research. 22, 998-1003 (2004).
  31. Butler, D. L., et al. The use of mesenchymal stem cells in collagen-based scaffolds for tissue-engineered repair of tendons. Nature Protocols. 5, 849-863 (2010).
  32. Cen, L., Liu, W., Cui, L., Zhang, W., Cao, Y. Collagen Tissue Engineering: Development of Novel Biomaterials and Applications. Pediatric Research. 63, 492-496 (2008).
  33. Yamaguchi, H., Suenaga, N., Oizumi, N., Hosokawa, Y., Kanaya, F. Will Preoperative Atrophy and Fatty Degeneration of the Shoulder Muscles Improve after Rotator Cuff Repair in Patients with Massive Rotator Cuff Tears. Advances in Orthopedics. 2012, 195876(2012).
  34. Silver, F. H., Freeman, J. W., Seehra, G. P. Collagen self-assembly and the development of tendon mechanical properties. Journal of Biomechanics. 36, 1529-1553 (2003).
  35. Schneppendahl, J., et al. Initial stability of two different adhesives compared to suture repair for acute Achilles tendon rupture--a biomechanical evaluation. International Orthopaedics. 36, 627-632 (2012).
  36. Herbort, M., et al. Biomechanical comparison of the primary stability of suturing Achilles tendon rupture: a cadaver study of Bunnell and Kessler techniques under cyclic loading conditions. Archives of Orthopaedic and Trauma Surgery. 128, 1273-1277 (2008).
  37. Piskin, A., et al. Tendon repair with the strengthened modified Kessler, modified Kessler, and Savage suture techniques: a biomechanical comparison. Acta Orthopaedica et Traumatologica Turcica. 41, 238-243 (2007).
  38. de Wit, T., Walbeehm, E. T., Hovius, S. E., McGrouther, D. A. The mechanical interaction between three geometric types of nylon core suture and a running epitenon suture in repair of porcine flexor tendons. The Journal of Hand Surgery, European Volume. 38, 788-794 (2013).
  39. Trail, I. A., Powell, E. S., Noble, J. The mechanical strength of various suture techniques. Journal of Hand Surgery. 17, 89-91 (1992).
  40. Wong, J. K., Peck, F. Improving results of flexor tendon repair and rehabilitation. Plastic and Reconstructive Surgery. 134, 913-925 (2014).
  41. Amis, A. A. Absorbable sutures in tendon repair. Journal of Hand Surgery. 21, 286(1996).
  42. Faggioni, R., de Courten, C. Short and long-term advantages and disadvantages of prolene monofilament sutures in penetrating keratoplasty. Klinische Monatsblatter fur Augenheilkunde. 200, 395-397 (1992).
  43. Wong, J. K., Cerovac, S., Ferguson, M. W., McGrouther, D. A. The cellular effect of a single interrupted suture on tendon. Journal of Hand Surgery. 31, 358-367 (2006).
  44. Savage, R., Risitano, G. Flexor tendon repair using a "six strand" method of repair and early active mobilisation. Journal of Hand Surgery. 14, 396-399 (1989).
  45. Okubo, H., Kusano, N., Kinjo, M., Kanaya, F. Influence of different length of core suture purchase among suture row on the strength of 6-strand tendon repairs. Hand Surgery. 20, 19-24 (2015).
  46. Noguchi, M., Seiler, J. G., Gelberman, R. H., Sofranko, R. A., Woo, S. L. In vitro biomechanical analysis of suture methods for flexor tendon repair. Journal of Orthopaedic Research. 11, 603-611 (1993).
  47. Aoki, M., Pruitt, D. L., Kubota, H., Manske, P. R. Effect of suture knots on tensile strength of repaired canine flexor tendons. Journal of Hand Surgery. 20, 72-75 (1995).
  48. Pruitt, D. L., Aoki, M., Manske, P. R. Effect of suture knot location on tensile strength after flexor tendon repair. The Journal of Hand Surgery. 21, 969-973 (1996).
  49. Khor, W. S., et al. Improving Outcomes in Tendon Repair: A Critical Look at the Evidence for Flexor Tendon Repair and Rehabilitation. Plastic and Reconstructive Surgery. 138, 1045-1058 (2016).
  50. Strickland, J. W. Flexor Tendon Injuries: I. Foundations of Treatment. The Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgeons. 3, 44-54 (1995).
  51. Mashadi, Z. B., Amis, A. A. Strength of the suture in the epitenon and within the tendon fibres: development of stronger peripheral suture technique. Journal of Hand Surgery. 17, 172-175 (1992).
  52. Wade, P. J., Muir, I. F., Hutcheon, L. L. Primary flexor tendon repair: the mechanical limitations of the modified Kessler technique. Journal of Hand Surgery. 11, 71-76 (1986).
  53. Wade, P. J., Wetherell, R. G., Amis, A. A. Flexor tendon repair: significant gain in strength from the Halsted peripheral suture technique. Journal of Hand Surgery. 14, 232-235 (1989).
  54. Silfverskiold, K. L., May, E. J. Gap formation after flexor tendon repair in zone II. Results with a new controlled motion programme. Scandinavian Journal of Plastic and Reconstructive Surgery and Hand Surgery / Nordisk Plastikkirurgisk forening [and] Nordisk Klubb for Handkirurgi. 27, 263-268 (1993).
  55. Silfverskiold, K. L., May, E. J., Tornvall, A. H. Gap formation during controlled motion after flexor tendon repair in zone II: a prospective clinical study. The Journal of Hand Surgery. 17, 539-546 (1992).
  56. Silfverskiold, K. L., May, E. J. Flexor tendon repair in zone II with a new suture technique and an early mobilization program combining passive and active flexion. The Journal of Hand Surgery. 19, 53-60 (1994).
  57. Pennington, D. G. Atraumatic retrieval of the proximal end of a severed digital flexor tendon. Plastic and Reconstructive Surgery. 60, 468-469 (1977).
  58. Lin, G. T., An, K. N., Amadio, P. C., Cooney, W. P. Biomechanical studies of running suture for flexor tendon repair in dogs. The Journal of Hand Surgery. 13, 553-558 (1988).
  59. Papandrea, R., Seitz, W. H., Shapiro, P., Borden, B. Biomechanical and clinical evaluation of the epitenon-first technique of flexor tendon repair. The Journal of Hand Surgery. 20, 261-266 (1995).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Теги

1in vivo
Новый метод наложения швов теноррафи с тканевым коллагеновым трансплантатом для восстановления больших дефектов сухожилий
Свяжитесь с нами
Рекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

Авторские права © 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.